专利名称：一种信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法
技术领域：
本发明涉及一种信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法，属于无线通信技术领域。
背景技术：
近几年来，无线个域网技术成为通信界的热门研究领域之一，得到了越来越多研究机构的关注。这样的发展状况离不开电气电子工程协会(IEEE)对这个领域的贡献和推动。IEEE定义了多种信标无线个域网标准，包括IEEE802.15.1(蓝牙)、IEEE802.15.2(支持无线个域网和无线局域网的共存)、IEEE802.15.3(高速的无线个域网)、IEEE802.15.4(低速的无线个域网，支持Zigbee)。其中，蓝牙技术已经发展相对较为成熟，并广泛应用于移动通讯设备中；高速无线个域网技术目前因为技术和市场上的原因，还没有实现本质的突破；而支持Zigbee技术的IEEE802.15.4低速的无线个域网标准，以其功耗低、寿命长、布点范围广、成本低、可靠性高、安全性能较好、应用开发流程简单等特点，成为许多工业、科学以及家居等领域应用的最佳解决方案。而在无线个域网中的短程测距定位，正是诸多短程测距方法中最能发挥无线个域网超宽带技术优势的应用之一。
无线个域网根据其中心节点是否发送信标帧分为信标无线个域网和非信标无线个域网。而当前的信标无线个域网中的测距技术，是基于一个叫做链路质量指标(LQI)的变量来估计信号发射端和接收端的距离。中国专利申请，申请号200510114212.3和200610097637.2利用的就是这种方法。LQI是通过叫做“接收信号强度指示”(RSSI)的参考量计算得到，但是RSSI非常容易收到环境的影响，使最后测得的结果极为的不可靠。另外，这种方法误差超过了1米，对于工作半径为100米左右的信标无线个域网，这样的精度显得过低。同时，这种测距方式在对多点进行测距的操作中没有将网络资源管理考虑进去。所以，通过LQI原理进行测距的方法，比较适合较少点的区域性定位，即仅能判断目标节点是否处在以发射端为圆心，某工作距离为半径的区域范围以内，而对于设备节点相对准确的坐标位置，基于LQI的办法则显得过于吃力，得到的结果也缺乏足够的可靠性。
信标无线个域网的工作半径在100米左右，根据其应用需要精度比较高的测距结果，尤其是在军事和科研应用中，精度甚至要求达到几毫米的级别。另外，一般来说以低功耗为特点的信标无线个域网各节点不带有衡定外接电源，因此，为了延长整个网络的工作寿命，测距方法和流程必须考虑到网络资源的合理利用。
发明目的本发明的目的是提出一种信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法，通过合理的测距算法提高节点之间的测距精度和测距效率。同时运用合理的网络资源利用机制，延长整个网络的工作寿命，为信标无线个域网应用领域的测距部分提供了一个可靠而高效的解决方案。
本发明提出的信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法，包括以下步骤(1)信标无线个域网中心节点根据网络设定的测距参数初始值计算待发送的测距请求信标帧中的网络活跃周期参数，并设信标帧发送周期参数与网络活跃周期参数相等；(2)中心节点从设备节点地址列表中将需测设备节点的地址复制到待测设备节点地址队列中，并设定测距次数；(3)中心节点将上述待测设备节点地址队列中的设备节点地址复制到由中心节点向设备节点发送的测距请求信标帧中，并通过广播方式向各设备节点发送该测距请求信标帧；(4)各设备节点根据上述接收到的测距请求信标帧中包含的设备地址信息，依次在分配给本设备节点的分配时隙中向中心节点发送测距帧；(5)中心节点若在单位时隙内收到上述测距帧，则记录上述来自设备节点的测距帧的到达时间，若在单位时隙内未收到上述测距帧，就将与该单位时隙相对应的设备节点的地址保存在失败等待队列中，直到所有分配时隙结束，将新的待测设备节点的地址信息从待测设备节点地址队列中复制到测距请求信标帧中；(6)重复步骤(3)～(5)，完成所有需测设备节点的第一次测距；(7)重复步骤(3)～(6)，完成所有需测设备节点的第二次测距，并重复测距，重复次数为(2)中设定的测距次数；(8)中心节点根据信标无线个域网中收发机芯片返回的对上述多次测距结果的可信度评估值，将可信度低于设定域值的设备节点地址保存在失败等待队列中，并更新测距请求信标帧中的测距参数，得到更新后的网络活跃周期参数以及信标帧发送周期参数，将失败等待队列中的设备节点地址复制到待测设备节点地址队列中，重复步骤(1)～(7)，直到失败等待队列中没有设备节点地址，分别得到所有需测设备节点的测距帧的多个到达时间；(9)求上述多个到达时间的平均值，根据该平均值和与该多个到达时间相对应的单位时隙的起始值，得到中心节点与该设备节点的距离中心节点到设备节点距离＝(到达时间平均值-相应单位时隙起始值)×光速；上述方法中，网络活跃周期参数的确定方法如下 取满足该式的最小自然数作为网络活跃周期参数，上式中，
其中，前导域信元周期是中心节点从设备节点接收到的测距帧中前导域单个信元的持续时间，载荷域信元周期是测距帧中载荷域部分单个信元的持续时间，定界域是前导域与长度域之间部分，由8个或64个前导域信元组成，长度域时间为定值。
上述方法中，中心节点向设备节点发送的测距请求信标帧的帧结构，包括物理层数据单元包头域、物理层数据单元长度域、物理层数据单元载荷域；其中所述的物理层数据单元载荷域由媒体访问控制层数据单元包头域、媒体访问控制层数据单元载荷域、媒体访问控制层帧检测序列域组成，所述的媒体访问控制层数据单元包头域中，第一个字节的低三位设置为100，表示当前信标帧为测距请求信标帧，媒体访问控制层数据单元载荷域中，从低位开始，第1个字节的1、2位存放平均脉冲发送频率信息，3、4位存放帧发送数据率信息，5、6位存放前导域信元重复次数信息，7、8位保留，第2个字节存放设备节点地址个数信息，第3个字节到第12字节存放第一个需测设备节点的地址信息；第13字节到22字节存放第二个需测设备节点的地址信息；依此类推，第63字节到72字节存放第七个需测设备节点的地址信息。
上述方法中，设备节点向中心节点发送的测距帧的帧结构，包括物理层数据单元包头域、物理层数据单元长度域、物理层数据单元载荷域；其中所述物理层数据单元载荷域由媒体访问控制层数据单元包头域、媒体访问控制层数据单元载荷域、媒体访问控制层帧检测序列域组成，所述的媒体访问控制层数据单元包头域中，第1个字节的低三位设置为101，表示当前数据帧为测距帧，媒体访问控制层数据单元载荷域中唯一一个字节的1、2位存放平均脉冲发送频率信息，3、4位存放帧发送数据率信息，5、6位存放前导域信元重复次数信息，7、8位保留。
本发明提出的信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法，与传统的LQI能量法相比，具如下优点成本低，在信标无线个域网的测距中，测距结果的精度取决于测距记时器的精度，同时系统能否正确捕捉到测距脉冲的到来也相当的关键。因此，对具有测距功能的节点的硬件处理能力要求就比较高。而本发明的方法，只需要中心节点具有测距功能就可以了。对于其他设备节点，不一定要求它们具有测距功能，是普通设备即可。所要做的就是较好的与中心节点进行同步。
精度高，能量测距法适合区域性定位，在需要精确定位的场合无法胜任。本发明的方法，在设备节点与中心节点同步的前提下，能够精确测量测距帧的空中飞行时间从而算出节点之间的距离。按照IEEE 802.15.4a国际标准，测距记时器的单位是16皮秒，也就是说测距精度在4.8毫米这个量级。
能耗低，功耗一直是信标无线个域网领域无法彻底解决的问题。在信标无线个域网中，活动周期的时长基本决定了设备的工作寿命，所以应该尽量在满足功能需求的前提下缩短活动周期的时长(用较小值的网络活跃周期参数)。本发明的方法结合IEEE802.15.4b标准中的网络资源管理功能，通过帧发送数据率和前导域信元长度估计测距帧发送接收时间，从而计算较合理的网络活跃周期参数值，使得保证发送接收成功的前提下，单位时隙中的剩余时间尽量短，充分利用分配给设备节点的时隙中的时间资源而达到节能的目的。同时，接收到测距信标帧后，没有涉及到测距的设备节点可以在两个单位时隙以后立即休眠而不用等到非活跃周期的开始，这种机制可以大大减小边缘设备节点的能耗。
效率高，本发明提供的方法可以在两个信标帧间隔过程中最多测7个设备节点共14次距离结果，对于网络负载较重的情况下能够合理安排测距队列而保证不发生通讯冲突。同时可以对测距失败的设备节点结果进行分析计算从而在下一轮的测距循环中为这些设备节点提供更加合理的外部条件(减小帧发送数据率和增大前导域信元重复次数)，直到得到所有设备节点的合理测距结果。
图1是本发明方法的流程框图。
图2是信标个人局域网中信标发送周期和活跃周期结构图。
图3是来自设备节点的测距帧结构图。
图4是来自中心节点的测距请求信标帧结构图。
具体实施例方式
本发明提出信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法，其流程框图如图1所示，首先信标无线个域网中心节点根据网络设定的测距参数初始值计算待发送的测距请求信标帧中的网络活跃周期参数，并设测距请求信标帧发送周期参数与网络活跃周期参数相等；中心节点从设备节点地址列表中将需测设备节点的地址复制到待测设备节点地址队列中，并设定测距次数；中心节点将待测设备节点地址队列中的设备节点地址复制到由中心节点向设备节点发送的测距请求信标帧中，并通过广播方式向各设备节点发送该测距请求信标帧；各设备节点根据上述接收到的测距请求信标帧中包含的设备地址信息，依次在分配给本设备节点的分配时隙中向中心节点发送测距帧；中心节点若在单位时隙内收到上述测距帧，则记录上述来自设备节点的测距帧的到达时间，若在单位时隙内未收到上述测距帧，就将与该单位时隙相对应的设备节点的地址保存在失败等待队列中，直到所有分配时隙结束，将新的待测设备节点的地址信息从待测设备节点地址队列中复制到测距请求信标帧中；重复上述步骤，完成所有需测设备节点的多次测距；中心节点根据信标无线个域网中收发机芯片返回的对上述多次测距结果的可信度评估值，将可信度低于设定域值的设备节点地址保存在失败等待队列中，并更新测距请求信标帧中的测距参数，得到更新后的网络活跃周期参数以及信标帧发送周期参数，将失败等待队列中的设备节点地址复制到待测设备节点地址队列中，重复上述步骤，直到失败等待队列中没有设备节点地址，分别得到所有需测设备节点的测距帧的多个到达时间；求上述多个到达时间的平均值，根据该平均值和与该多个到达时间相对应的单位时隙的起始值，得到中心节点与该设备节点的距离中心节点到设备节点距离＝(到达时间平均值-相应单位时隙起始值)×光速。
以下结合附图详细介绍本发明的内容在信标无线个域网中，中心节点(coordinator)以固定时间间隔不停发送信标帧，其他设备节点收到信标帧后将自己的时钟与中心节点的时钟进行同步。信标帧中还包含其他信息通知相应节点进行将来某些操作。
在信标无线个域网中，发送的两个信标帧之间的时间间隔部分可以分为活跃周期(active period)和非活跃周期(inactive period)。非活跃周期属于休眠时期，所有节点进入睡眠状态以节约系统能耗。在活跃周期中所有节点通过自由竞真来传输数据，因此设备节点与中心节点的通信只能发生在活跃周期中。另外，活跃周期被均分为16个时隙(slots)，活跃周期的计算公式为16×基本时隙时间×2SO，发送周期的计算公式为16×基本时隙时间×2BO。其中，基本时隙时间为相对固定值(60个信元周期，信元周期可变)。网络活跃周期参数和信标帧发送周期参数由中心节点在建立网络的时候决定，也可以在任意时候改变，两者关系是网络活跃周期参数≤信标帧发送周期参数＜15。可以说网络活跃周期参数决定了信标帧的发送周期，信标帧发送周期参数决定了网络通信时间的长短。
分配时隙从活跃周期的16个单位时隙中的最后一个开始，提取单位时隙作为某个(某些)设备节点的专用数据通信时隙。一个分配时隙可能占有一个或者多个单位时隙，但一个分配时隙只能附给一个设备节点。在两个信标帧间隔中，IEEE 802.15.4b国际标准支持最多7个分配时隙。活跃周期和非活跃周期以及分配时隙的结构图如图2所示。
包头域物理层数据单元的开始部分，由收发机在发送数据之前加载在数据帧的前面，用于在接收时的数据同步，包括物理层数据单元前导域和物理层数据包定界域，前导是同步部分，由16、64、1024或者4096个重复的基本前导域信元组成。定界域是物理层数据包前导域和物理层数据单元载荷域的间隔域。实际上，物理层数据单元载荷域也是由下一级的媒体访问控制层数据单元包头域和媒体访问控制层数据单元载荷域组成。如果没有特别说明，以后提到的域指的就是物理层数据单元的域。
平均脉冲发射频率数值上等于单个信元中脉冲个数除以信元周期。平均脉冲发射频率帧发送数据率决定了单个载荷信元的周期。包含这些信息的测距帧结构如图3所示。
中心节点通过建立网络初期设定的平均脉冲发射频率，帧发送数据率以及前导域信元重复次数这些测距参数来计算合理的网络活跃周期参数和信标帧发送周期参数值，以保证在1个单位时隙中收到大部份测距帧，1个分配时隙就可以收到来自一个设备节点的2次测距帧(一个单位时隙中发送一次测距帧)。
网络活跃周期参数和信标帧发送周期参数的计算方法如下按照IEEE802.15.4a国际标准，所有域都是由信元组成的，那么从设备节点发送测距帧到中心节点接收该测距帧的时间为 把载荷域信元周期与帧发送数据率关系做成参考表1，把包头域时间与前导域信元重复次数的关系做成参考表2 表1 载荷信元周期与数据率和平均脉冲发送频率的关系，单位为纳秒 注最后3列针对帧发送数据率为0.11Mpbs的情况表2 包头域发送接收时间与平均脉冲发送频率和包头域信元长度的关系，单位为微秒根据表1和表2，选取平均脉冲发送频率值为16MHz，前导域信元重复次数为1024次，帧发送数据率为0.85Mbps，那么一个测距帧的发送到接收时间就等于T发送到接收＝(100/光速)×109+1025.4×103+16400+96×载荷域信元时间其中100是信标无线个域网中中心节点与设备节点的最大通信距离，单位为米。
按照IEEE802.15.4a国际标准要求的计算公式，一个单位时隙时间等于T单位时隙＝60×载荷域信元周期×2网络话跃周期参数(0＜网络周期参数＜15)＝60×1025.64×2网络活跃周期参数＝61538×2网络活跃周期参数纳秒那么中心节点需要做的就是在已知默认的平均脉冲发送频率值、前导域信元重复次数、帧发送数据率这些变量的前提下选择合理的网络活跃周期参数，使得单位时隙间隙时间和测距帧的发送到接收时间的差值为正且接近于0T单位时隙-T发送到接收＝61538.4×2网络活跃周期参数-1140594.77＝0所以2网络活跃周期参数＝18.54所以网络活跃周期参数＝5按照以上方法，将所有帧发送数据率、包头域长度以及载荷域信元周期和网络活跃周期参数的关系做成表3和表4 注括号中是网络活跃周期参数为该值时单位时隙时间与发送接收时间的差值，即空余时间表3 平均脉冲发送频率为16MHz的时候所求SO值 注括号中是网络活跃周期参数为该值时单位时隙时间与发送接收时间的差值，即空余时间表4 平均脉冲发送频率为4MHz的时候所求SO值因为信标帧的网络活跃周期参数不能超过信标帧发送周期参数，如果两者相等，同时网络处于非测距状态的时候，那么整个网络因为没有非活跃周期而一直处在活跃状态。在本测距方法中，将信标帧发送周期设为和网络活跃周期参数相等的值，在当前活跃周期中没有涉及到的测距设备节点在收到发送测距请求信标帧后，经过2个单位时隙立即进入休眠状态，直到下一个测距请求信标帧的到来。这样既能达到节能的效果，也能保证中心节点一直处在测距操作中而不降低测距效率。
中心节点的信息库里面保存有由该中心节点建立的当前信标无线个域网中所有设备节点的地址信息。中心节点从保存这些设备节点地址信息的地址列表中选择那些需要进行测距的设备节点，并将这些需测设备节点的地址保存到待测设备节点地址队列中。另外，测距次数也由中心节点在这个时候设定。假设测距次数为n，那么中心节点最多能够收到来自每个设备节点最多2n个测距结果(不能保证每个单位时隙收到对应测距帧)。测距次数越大，测距结果分析越可靠，但消耗更多的网络资源。测距次数越小，测距结果相对可信度较低，但不占太多网络资源。这个值由用户设定，一般来说，需测设备节点越多，测距次数越小，需测设备节点越少，测距次数越多。
当选择了适合测距的网络活跃周期参数和信标帧发送周期参数以后，中心节点开始进行发送测距请求信标帧的准备工作。由中心节点发送的测距请求信标帧的唯一标识是载荷域第一个字节的低三位(也就是媒体访问控制层数据单元包头域第一个字节的低三位)。当这三位被设置成100的时候，就表示当前信标帧是测距请求信标帧。与此同时，中心节点从待测设备节点地址队列中按顺序复制最多7个设备节点(如果需测设备节点不足7个，就全部复制)的16位短地址和64位长地址(物理地址)共10个字节放入信标帧的媒体访问控制层数据单元载荷域当中。该媒体访问控制层数据单元载荷域中的地址信息将会这样安排第1个字节包含平均脉冲发射频率、前导域信元重复次数和帧发送数据率信息，第2个字节为地址个数信息，紧跟在后面的还有70个字节的地址信息。包含这些信息的测距请求信标帧结构如图4所示。其中，符合第一个地址的设备节点被分配第一个分配时隙，占用2、3单位时隙，符合第二个地址的设备节点被分配第二个分配时隙，占用4、5单位时隙，依此类推，符合第七个地址的设备节点被分配第七个分配时隙，占用14、15单位时隙。最开始的0、1单位时隙属于所有设备节点的公共竞争通信时间段，进行必要时候其他网络操作。
测距请求信标帧设置好以后，中心节点将其放入发送缓存，并每隔一段固定时间以广播方式发送一次该测距请求信标帧(固定间隔时间由信标帧发送周期参数决定)。
设备节点在接收测距请求信标帧时，会读取信标帧的载荷部分并查看是否有自己的设备地址，如果没有，设备节点经过2个单位时隙的公共竞争时间段以后立即进入休眠状态直到下一个信标帧的到来。如果有匹配的设备地址，设备节点则会在相应的分配时隙之前把测距帧放入发送缓存，并在要求的分配时隙开始的时候发送测距帧，到了当前分配时隙的第二个单位时隙的时候相同的测距帧会被发送第二次。完成两次测距帧发送操作以后立即进入休眠状态直到下一个信标帧的到来。
当测距请求信标帧被发送出去以后，中心节点的记时器开始工作。32位的测距记时器不停的工作直到整个测距操作结束。每个单位时隙开始的时候，当前记时器的数值会被系统快照(snapshot)并记录，同时，每次接收到从设备节点发送的测距帧的时候，记时器的当前值也会被快照并记录。相同单位时隙中的测距帧到达值和该单位时隙起始值的差值，就是测距帧的飞行时间，将这个数值和记数器跳动一次的时间相乘的结果乘以光速，就得到了设备节点和中心节点之间的距离。在同一个分配时隙中，会得到2次有效的时间戳报告(包括单位时隙起始值、测距帧到达时间、记数器当前快照值信任度等信息)，时间戳报告被中心节点保存起来做将来测距有效性分析。
实际上，在得到每一个时间戳报告的时候，中心节点会初步分析得到的测距结果，如果时间戳报告中的测距帧到达时间和单位时隙起始值相等，就表示没有在该单位时隙内收到来自对应设备节点的测距帧，那么该设备节点的地址被放入失败等待队列。
当所有分配时隙结束以后，中心节点从待测设备节点地址队列中复制新的7个设备节点地址到测距请求信标帧的载荷域当中。
当待测设备节点地址队列中的所有需测设备节点地址都被测过以后，中心节点将从头对这些需测设备节点进行新一轮的测距，循环测距轮数等于之前设定的测距次数。
测距流程结束后(完成所有轮数的测距)，系统对每个设备节点的测距结果进行评估，所有在距离评估中失败的设备节点地址都将放入失败节点队列中。对每个设备节点测距结果的评估过程，主要是看每次结果的记数器当前快照值信任度(FoM)值，如果在测距结果里面有超过若干次(这个若干次由测距次数决定)低于70％(最高90％，最低10％)，就判定对这个设备节点的测距操作失败。失败的设备节点的设备地址放入失败等待队列当中。
对于那些测距失败的设备节点，除去本身设备节点故障，原因一般有2个数据发送速度过快，IEEE802.15.4a支持的数据率多达8种，最低的是110kbps，最高27.24Mbps，数据率过高将导致没有在单位时隙结束之前收到测距帧，在结果上表现为收不到足够的2n个测距值。另外一个原因是前导域信元重复次数太少，使得中心节点在检测测距脉冲(在802.15.4a中，把定界域结束后的第一个脉冲作为测距脉冲)到达时刻的时候，得到的当前记数器快照值信任度过低。所以，综合以上两点，对于失败节点队列中的设备节点，中心节点将重新调整网络活跃周期参数和信标帧发送周期，并适当降低数据率、提高前导域信元重复次数(在802.15.4a标准中，有64、1024和4096可供选择)。也就是说，对于没有返回足够次测距结果的设备节点，直接降低数据率；对于返回了足够次测距结果，但FoM值过低的设备节点，直接提高前导域信元重复次数；对于两项指标都不满足的设备节点，兼用两种办法。
中心节点将失败等待队列中的设备节点地址复制到待测设备节点地址队列中，直到待测节点队列里面没有测距失败的设备节点地址，所有节点的测距操作结束。
权利要求
1.一种信标信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)信标信标无线个域网中心节点根据网络设定的测距参数初始值计算待发送的测距请求信标帧中的网络活跃周期参数，并设信标帧发送周期参数与网络活跃周期参数相等；(2)中心节点从设备节点地址列表中将需测设备节点的地址复制到待测设备节点地址队列中，并设定测距次数；(3)中心节点将上述待测设备节点地址队列中的设备节点地址复制到由中心节点向设备节点发送的测距请求信标帧中，并通过广播方式向各设备节点发送该测距请求信标帧；(4)各设备节点根据上述接收到的测距请求信标帧中包含的设备地址信息，依次在分配给本设备节点的分配时隙中向中心节点发送测距帧；(5)中心节点若在单位时隙内收到上述测距帧，则记录上述来自设备节点的测距帧的到达时间，若在单位时隙内未收到上述测距帧，就将与该单位时隙相对应的设备节点的地址保存在失败等待队列中，直到所有分配时隙结束，将新的待测设备节点的地址信息从待测设备节点地址队列中复制到测距请求信标帧中；(6)重复步骤(3)～(5)，完成所有需测设备节点的第一次测距；(7)重复步骤(3)～(6)，完成所有需测设备节点的第二次测距，并重复测距，重复次数为(2)中设定的测距次数；(8)中心节点根据信标无线个域网中收发机芯片返回的对上述多次测距结果的可信度评估值，将可信度低于设定域值的设备节点地址保存在失败等待队列中，并更新测距请求信标帧中的测距参数，得到更新后的网络活跃周期参数以及信标帧发送周期参数，将失败等待队列中的设备节点地址复制到待测设备节点地址队列中，重复步骤(1)～(7)，直到失败等待队列中没有设备节点地址，分别得到所有需测设备节点的测距帧的多个到达时间；(9)求上述多个到达时间的平均值，根据该平均值和与该多个到达时间相对应的单位时隙的起始值，得到中心节点与该设备节点的距离中心节点到设备节点距离＝(到达时间平均值-相应单位时隙起始值)×光速；
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的网络活跃周期参数的确定方法如下 取满足该式的最小自然数作为网络活跃周期参数，上式中， 其中，前导域信元周期是中心节点从设备节点接收到的测距帧中前导域单个信元的持续时间，载荷域信元周期是测距帧中载荷域部分单个信元的持续时间，定界域是前导域与长度域之间部分，由8个或64个前导域信元组成，长度域时间为定值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的中心节点向设备节点发送的测距请求信标帧的帧结构，包括物理层数据单元包头域、物理层数据单元长度域、物理层数据单元载荷域；其中所述的物理层数据单元载荷域由媒体访问控制层数据单元包头域、媒体访问控制层数据单元载荷域、媒体访问控制层帧检测序列域组成，所述的媒体访问控制层数据单元包头域中，第1个字节的低三位设置为100，表示当前信标帧为测距请求信标帧，媒体访问控制层数据单元载荷域中，从低位开始，第1个字节的1、2位存放平均脉冲发送频率信息，3、4位存放帧发送数据率信息，5、6位存放前导域信元重复次数信息，7、8位保留，第2个字节存放设备节点地址个数信息，第3个字节到第12字节存放第一个需测设备节点的地址信息；第13字节到22字节存放第二个需测设备节点的地址信息；依此类推，第63字节到72字节存放第七个需测设备节点的地址信息。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的设备节点向中心节点发送的测距帧的帧结构，包括物理层数据单元包头域、物理层数据单元长度域、物理层数据单元载荷域；其中所述物理层数据单元载荷域由媒体访问控制层数据单元包头域、媒体访问控制层数据单元载荷域、媒体访问控制层帧检测序列域组成，所述的媒体访问控制层数据单元包头域中，第1字节的低三位设置为101，表示当前数据帧为测距帧，媒体访问控制层数据单元载荷域中有1个字节，从低位开始，该字节的1、2位存放平均脉冲发送频率信息，3、4位存放帧发送数据率信息，5、6位存放前导域信元重复次数信息，7、8位保留。
全文摘要
本发明涉及一种信标无线个域网中中心节点与设备节点间的测距方法，属于无线通信技术领域。首先中心节点在开始阶段计算测距时需要的参数，并将参数通过信标帧通知其他节点设备。设备节点根据收到的信标帧中包含的信息依次在分配给自己的时隙中向中心节点发送测距帧。中心节点通过记录测距帧的发送和到达时刻计算信标帧的飞行时间，计算得到中心节点到设备节点的距离。对于测距失败的节点，通过分析失败原因改变测距参数重复上述过程直到没有失败的测距结果。本发明方法通过计算电磁波飞行时间从而使得测距精度高，暂时不参与测距的设备节点直接进入休眠状态大大减少电能消耗，同时测距效率也因为时隙的合理安排而得到提高。
文档编号H04W28/18GK101064963SQ200710099879
公开日2007年10月31日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者顾宁, 管勇, 郦亮 申请人:北京威讯紫晶科技有限公司